JPWO2009128316A1 - 脆性材料基板の加工方法 - Google Patents

Abstract

基板を完全分断したり、より深いスクライブラインを形成したりする加工を、安定して実行できる脆性材料基板の加工方法を提供する。第一回目のレーザ照射による第一ビームスポットを相対移動させて前記基板を加熱するとともに、第一ビームスポットが通過した直後の部位を冷却することによりスクライブラインを形成するレーザスクライブ工程と、第二回目のレーザ照射による第二ビームスポットをスクライブラインに沿って相対移動させ、スクライブラインをさらに深く浸透、または、完全分断させるレーザブレイク工程とからなり、レーザブレイク工程の際にポリゴンミラーに入射するレーザビーム径が、レーザスクライブ工程の際に入射するレーザビーム径よりも小さくなるように調整して、第二ビームスポットのエネルギー分布を第一ビームスポットよりもトップハット型にして照射する。

Description

本発明は、高速回転するポリゴンミラーでレーザビームを繰り返し反射することにより実質的に長軸方向を有するビームスポットを脆性材料基板上に整形し、このビームスポットを脆性材料基板上に設定したスクライブ予定ラインに沿って走査することにより、熱応力を利用してクラックを形成する脆性材料基板の加工方法に関する。
さらに詳細には、本発明は脆性材料基板に対し、第一回目のビームスポットの走査を行うことにより、有限深さのクラックからなるスクライブラインを形成し、続いて、第二回目のビームスポットの走査を行うことにより、このスクライブラインのクラックを深く浸透（以後、クラックが深さ方向に進行することを「浸透」という）させるか、あるいは完全に分断する脆性材料基板の加工方法に関する。
ここで、脆性材料基板とは、ガラス基板、焼結材料のセラミックス、単結晶シリコン、半導体ウエハ、サファイア基板、セラミック基板等をいう。

高速回転するポリゴンミラーにレーザビームを照射し、ポリゴンミラーで反射されたレーザビームを基板上に導くと、ポリゴンミラーの１つのミラー面によって反射されるレーザビームの走査軌跡の範囲が、高速で繰り返し走査されるようになり、基板上には１つのミラー面によって反射されるレーザビームの走査軌跡の範囲全体があたかも１つのビームスポットであるように照射されるようになる。したがって、高速回転中のポリゴンミラーの１つのミラー面によって基板上に形成される走査軌跡の範囲全体を「ビームスポット」と呼ぶこととする。
脆性材料である半導体ウエハに対し、ポリゴンミラーとｆθレンズとを用いてレーザビームを照射することにより楕円形のビームスポットを整形し、このビームスポットを走査して基板をアブレーションすると、基板表面に対し斜めの加工面が形成されるようになる。これを利用して、半導体ウエハ上で溝を形成しようとする部分を、斜め方向（加工面の法線方向）に気化させて蒸気形態で排出するようにしたレーザ加工装置が開示されている（特許文献１）。アブレーションによる加工は、ビームスポットが通過した領域が溶融されるため、加工面が損傷してしまう。

一方、ガラス基板に対し、楕円状に整形したビームスポットを走査して基板を溶融温度（あるいは軟化温度）以下で加熱し、応力勾配を生じさせてクラックを形成するレーザスクライブ加工も利用されている（特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

一般に、レーザスクライブ加工では、これから分断しようとする仮想線（スクライブ予定ラインという）を基板に設定する。そしてスクライブ予定ラインの始端となる基板端に、カッターホイール等で初期亀裂（トリガ）を形成し、ビームスポットおよび冷却スポット（冷媒が噴射される領域）を初期亀裂の位置からスクライブ予定ラインに沿って走査する。このとき、スクライブ予定ライン近傍に発生した温度分布に基づいて応力勾配が生じる結果、クラックが形成される。

レーザスクライブ加工により形成されたクラックは、加工端面が美しく、優れた端面強度を有している。さらに、カッターホイール等を用いた機械的加工によるクラックに比べると、カレットの発生を低減させることができる。
そのため、フラットパネルディスプレイをはじめ、ガラス基板等を分断することが必要な種々の製造工程等でレーザスクライブ加工が採用されている。

ところで、溶融温度以下でビームスポットを走査することによって形成されるクラック
には、クラックの深さ方向の先端が基板の裏面まで到達しない「有限深さのクラック」と、クラックが基板の裏面まで到達し、基板を一挙に分断する「貫通クラック」（例えば特許文献２参照）とがある。
以後、前者の「有限深さのクラック」により形成される切筋をスクライブラインと呼び、後者の貫通クラックによる分断ラインをフルカットラインと呼ぶ。これらは異なるメカニズムにより形成される。

図１４は有限深さのクラックが形成されるメカニズムを模式的に示した基板の断面図である。すなわち先行するレーザ加熱により、図１４（ａ）に示すように基板ＧＡに圧縮応力ＨＲが生じる。続いて、加熱後の冷却により、図１４（ｂ）に示すように基板表面に引張応力ＣＲが生じる。このとき熱の移動により基板内部に圧縮応力ＨＲが移動し、内部応力場Ｈｉｎが形成されている。その結果、図１４（ｃ）に示すように、基板表面側に引張応力ＣＲ、基板内部に圧縮応力ＨＲが分布した深さ方向の応力勾配が発生し、クラックＣｒが形成される。

上記メカニズムによってクラックＣｒが形成される条件では、基板内部に存在する圧縮応力場ＨｉｎがクラックＣｒの深さ方向へのさらなる浸透を阻止してしまうために、クラックＣｒは基板内部の圧縮応力場Ｈｉｎの手前で停止し、原理的にクラックＣｒは有限深さとなる。そのため、基板を完全に分断するには、クラックＣｒによる有限深さのスクライブラインが形成された後に、さらにブレイク処理を行わねばならない。その一方で、クラックＣｒによるスクライブラインの加工端面は非常に美しく（表面の凹凸が小さく）、しかも直進性に優れており、加工端面として理想的な状態となっている。

図１５は貫通クラックが形成されるメカニズムを模式的に示した基板の斜視図（図１５（ａ））と平面図（図１５（ｂ）である。すなわち初期亀裂ＴＲの位置から走査されるレーザビームのビームスポットＢＳにより、基板表面に圧縮応力ＨＲが生じている。同時に、ビームスポットＢＳの後方にある冷却スポットＣＳにより、基板表面に引張応力ＣＲが生じている。その結果、走査ライン上（スクライブ予定ラインＬ上）に前後方向の応力勾配が形成され、この応力勾配により、走査ライン方向に沿って基板を左右に裂くような力が働いて貫通クラックが形成され、基板が分断されるようになる。

この「貫通クラック」が形成される場合は、ブレイク処理を行うことなく基板を分断（フルカット）することができる点で便利であり、加工用途によってはこちらのメカニズムによる分断が望まれる場合もあるが、上述したスクライブラインの加工端面と比較すると、フルカットラインの加工端面の直進性が損なわれている場合があり、また、フルカットラインの端面の美しさ（表面の凹凸）についても上述したスクライブラインに比べると品質が劣る。

なお、レーザスクライブ加工によってスクライブラインが形成されるかフルカットラインが形成されるかは、加熱条件（レーザ波長、照射時間、出力パワー、走査速度、ビームスポット形状等）、冷却条件（冷媒温度、吹付量、吹付位置等）、基板の板厚等に依存する。
一般に、ガラス基板の板厚が薄い場合は厚い場合に比べてフルカットラインになりやすく、スクライブラインを形成できる加工条件のプロセスウインドウが狭い。

以上のことから、ガラス基板等に対し端面品質が優れた分断加工を行いたい場合には、フルカットラインではなく、スクライブラインが形成されるメカニズムの加熱条件、冷却条件を選択してレーザスクライブ加工を行い、その後、ブレイク処理を行うようにしている。

レーザスクライブ加工後に行うブレイク処理方法としては、ブレイクバー等をスクライブラインに押圧して曲げモーメントを加える機械的なブレイク処理が利用されることがある。機械的なブレイク処理の場合、基板に大きな曲げモーメントを加えるとカレットが生じてしまうことがある。そのため、カレットの発生を嫌う製造工程では、できるだけ深いスクライブラインを形成するようにして、小さな曲げモーメントを加えるだけでブレイク処理ができるようにする必要がある。

そこで、レーザスクライブ加工で形成したスクライブラインに沿って、２度目のレーザ照射を行い、有限深さのクラックをさらに深く浸透させたり（この場合は再度ブレイク処理を行う）、クラックを裏面まで浸透させて分断したりするレーザブレイク処理が行われている（例えば特許文献２〜特許文献４参照）。
特開２００５−２８８５４１号公報 特開２００１−１３０９２１号公報 特開２００６−２５６９４４号公報 ＷＯ２００３／００８３５２号公報

このように第一回目のレーザ照射によりスクライブラインを形成するレーザスクライブ加工を行い、続いて第二回目のレーザ照射によりレーザブレイク処理を行うことにより、カレットの発生を抑えた分断加工が可能になる。
しかしながら、レーザスクライブ加工、すなわち第一回目のレーザ照射で形成するスクライブラインが浅いと、後のレーザブレイク処理によってクラックを基板裏面まで到達させることが困難になる。それゆえ、レーザブレイク処理で基板を完全に分断するには、レーザスクライブ加工時に、深いスクライブラインを形成しておくことが好ましい。
また、レーザブレイク処理で基板を完全分断しない場合であっても、レーザスクライブ加工において少しでも深いスクライブラインを形成しておく方が、後のレーザブレイク処理でさらに深いスクライブラインにすることが簡単にできるようになるので望ましい。

ところで、レーザスクライブ加工により、従来よりも深いスクライブラインを形成しようとすると、これまでスクライブラインを形成していたときの加熱条件や冷却条件を変更する必要がある。具体的には、レーザ出力を高めて加熱による入熱量を増大したり、冷却時の冷媒吹き付け量を増大したりして、これまでより深さ方向の温度差が生じやすい過激な条件にして、基板に発生する深さ方向の応力勾配を大きくする必要がある。

しかしながら、従来のレーザスクライブ加工の加工手順のまま、応力勾配を大きくするような加熱条件、冷却条件に移行しようとすると、１回目のレーザ照射で深いスクライブラインを形成することができず、代わりにクラックが基板を貫通してしまい（貫通クラックが形成されるメカニズムに移行）、フルカットラインが形成されることになった。すなわち、レーザスクライブ加工の際の加熱条件や冷却条件を適切に選ぶことで、浅いスクライブラインは比較的容易に形成できるが、深いスクライブラインを形成しようとして、加熱条件や冷却条件をこれまで使用していた条件から少し過激な条件に変更しようとしても、設定可能な加熱条件や冷却条件の範囲が存在しないか、存在したとしても設定可能な範囲（プロセスウインドウ）が狭くて不安定となり、いきなりフルカットラインが形成されてしまう条件に移行してしまい、思い通りの深いスクライブラインを形成することが困難であった。

さらに、フルカットラインに移行してしまう問題とは別に、「先走り」現象が発生しやすくなる問題も生じる。「先走り」とは、図１６に示すように、スクライブ予定ラインＬの始端近傍において、始端に形成された初期亀裂ＴＲがビームスポットＢＳによって加熱された際に、ビームスポットＢＳによる加熱領域を起点にビームスポットの前方に向けて制御できない方向にクラックＫが形成される現象である。「先走り」が発生すると、スクライブ予定ラインＬに沿ったスクライブラインを形成することができなくなり、スクライブラインの直進性が著しく損なわれてしまう。
第一回目のレーザ照射を行うレーザスクライブ加工において、深いスクライブラインを形成しようとして、加熱条件や冷却条件をこれまでよりも過激な加熱条件や冷却条件にシフトさせた場合に、このような「先走り」の発生する頻度が高まる。

そこで、本発明は、レーザスクライブ加工により基板にスクライブラインを形成し、続いてレーザブレイク処理を行って基板を完全分断したり、より深いスクライブラインを形成したりする加工を、安定して実行できる脆性材料基板の加工方法を提供することを目的とする。
また、「先走り」現象を発生させることなく、深いスクライブラインを形成したり、完全分断したりすることができる基板の加工方法を提供することを目的とする。
また、加工端面の端面品質が優れた分断加工を安定して行える脆性材料基板の加工方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明はポリゴンミラーを利用してレーザスポットを形成し、このレーザスポットを走査してレーザブレイクを行う際に、ポリゴンミラーを利用してレーザスポットのエネルギー分布を調整することができるようにし、エネルギー分布の調整により、安定したレーザブレイクが可能な加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の脆性材料基板の加工方法は、レーザ光源から出射されるレーザビームを、高速回転するポリゴンミラーで繰り返し反射して脆性材料基板にビームスポットが形成されるようにし、基板に設定したスクライブ予定ラインに沿って、このビームスポットを相対移動することにより基板を加工する脆性材料基板の加工方法であって、以下の手順を行う。
まず、第一回目のレーザ照射による第一ビームスポットをスクライブ予定ラインに沿って相対移動させて前記基板を加熱するとともに、第一ビームスポットが通過した直後の部位に冷媒を吹き付けて冷却することにより、深さ方向に変化する応力勾配を発生して有限深さのクラックからなるスクライブラインを形成するレーザスクライブ工程を行う。ただし、基板が溶融してしまうと応力を利用した加工ができなくなるので、基板が溶融しないように加熱温度は常に基板の軟化温度未満にする。
これにより、スクライブ予定ラインには、深さ方向に変化する応力勾配（第一応力勾配という）が発生する。第一応力勾配は基板表面側に引張応力、基板内部側に圧縮応力が分布している応力勾配である。この第一応力勾配を利用して有限深さのクラックからなるスクライブラインを形成する。
続いて、第二回目のレーザ照射による第二ビームスポットをスクライブライン（有限深さのクラック）に沿って相対移動させてレーザブレイク工程を行う。このとき、ポリゴンミラーに入射するレーザビーム径が、レーザスクライブ工程の際に入射するレーザビーム径よりも小さくなるように調整する。この調整は、具体的にはレーザビームのビーム径自体を小さくしてもよいし、光路上にビーム径を調整する機構を設けてもよい。この調整により、ポリゴンミラーに照射されるレーザビームがポリゴンミラーの１つのミラー面のみに照射されているときの割合が増加し、隣接する２つのミラー面で分割された状態で照射されるときの割合が減少するようになり、その結果、第二ビームスポットのエネルギー分布はエネルギーが増減する両端の領域が短くなり、第二ビームスポット全体の長さが第一ビームスポット全体の長さより短くなるとともに、エネルギーが均一な中央部の領域が長いトップハット型のエネルギー分布になる（図１１で詳述する）。なお、ここでいう「トップハット型のエネルギー分布」とは、ビームスポットの中央部のエネルギーが略均一で、ビームスポットの両端の領域でエネルギーが変化するエネルギー分布をいう。
第二ビームスポットのエネルギー分布をこのように変化させることにより、単位時間あたりの入熱量を増やすことができ、基板の表層を集中して加熱することができ、基板表層に高温領域が形成される。その結果、レーザスクライブ加工のときの深さ方向に変化する応力勾配（第一応力勾配）とは深さ方向に逆向きに変化する応力勾配（第二応力勾配）が形成されるようになる。すなわち、基板表面に圧縮応力が発生し、その反作用として基板内部に引張応力が形成される。基板内部にはスクライブラインを形成するクラックの先端が存在しているが、このクラック先端に引張り応力が集中して加わるようになるため、クラック先端がより深く浸透するようになり、基板裏面に達すると完全分断されるようになる。

本発明によれば、フルカットラインが形成されることなく、また、「先走り」現象を発生させることなく、レーザスクライブ工程により基板にスクライブライン（有限深さのクラック）を形成し、続いてレーザブレイク処理を行って基板を完全分断したり、より深いスクライブラインを形成したりする加工を実行することができるプロセスウインドウを拡大することができ、安定した加工を実現できる。
また、加工端面の端面品質が優れた分断加工を安定して行うことができる。さらに、本発明によれば、ポリゴンミラーを利用してビームスポットを形成し、このビームスポットを走査してレーザブレイクを行う際に、ポリゴンミラーを利用してビームスポットのエネルギー分布を調整することができる。これを利用して安定したレーザブレイクが可能になる。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
上記発明において、レーザ光源とポリゴンミラーとの間のレーザビームの光路上に設けられた集光光学素子の位置を変更し、ポリゴンミラーに入射するレーザビーム径を調整するようにしてもよい。
ここで集光光学素子としては、集光レンズ（例えばメニスカスレンズ）、集光鏡を用いることができる。
これによれば、集光光学素子を光路方向に平行移動するだけでレーザビーム径を調整することができ、エネルギー分布をエネルギーが均一な中央部の領域が長いトップハット型にする調整が簡単に実現できる。

上記発明において、レーザブレイク工程の際に、集光光学素子の焦点距離近傍にポリゴンミラーを近づけるように調整するようにしてもよい。
これによれば、焦点距離近傍に近づくにつれて、レーザビーム径が小さくなるので、ポリゴンミラーを理想的なトップハット型に近づけることができるようになる。

上記発明において、集光光学素子の位置とともに、ポリゴンミラーと基板との間の距離を同時に調整するようにしてもよい。
これにより、エネルギー分布をトップハット型にするとともに、ビームスポットの長手方向の長さなどのビーム形状についても調整することができるので、単位時間あたりの入熱量とともに入熱領域も調整できるようになり、レーザブレイクのプロセスウインドウをさらに広げることができる。

本発明の基板加工方法を実施する際に用いられる基板加工装置の一例の概略構成図。 図１の基板加工装置の制御系を示すブロック図。 光路調整機構１４の動作例を示す図。 ビーム径が大きい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の始端近傍に照射される場合）。 ビーム径が大きい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の中央に照射される場合）。 ビーム径が大きい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の終端近傍に照射される場合）。 ビーム径が小さい場合において、高速回転するミラー面に照射されるレーザビームの断面形状の経時変化と、ミラー面によってガラス基板Ｇに照射されるビームスポットのエネルギー分布との関係を示す図。 ビーム径が小さい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の始端近傍に照射される場合）。 ビーム径が小さい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の中央に照射される場合）。 ビーム径が小さい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の終端近傍に照射される場合）。 ビーム径が小さい場合において、高速回転するミラー面に照射されるレーザビームの断面形状の経時変化と、ミラー面によってガラス基板Ｇに照射されるビームスポットのエネルギー分布との関係を示す図。 レーザブレイク工程の際に形成しようとする応力勾配を模式的に示した断面図。 本発明の基板加工方法による加工手順のフローチャート。 有限深さのクラックが形成されるメカニズムを模式的に示した断面図。 フルカットラインが形成されるメカニズムを模式的に示した斜視図および平面図。 基板端で生じる先走り現象を示す図。

符号の説明

２ スライドテーブル
７ 台座
１２ 回転テーブル
１３ レーザ装置
１６ 冷却ノズル
１７ 昇降機構
１８ カッターホイール
３１ メニスカスレンズ
３２ 反射ミラー
３３ ポリゴンミラー
Ｇ ガラス基板（脆性材料基板）
Ｃｒ クラック
Ｔｒ 初期亀裂

（装置構成）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
最初に、本発明の加工方法を実施する際に用いる基板加工装置の一例について説明する。図１は本発明の一実施形態であるレーザ分断装置ＬＣ１の概略構成図である。図２は図１のレーザ分断装置ＬＣ１における制御系の構成を示すブロック図である。

まず、図１に基づいて、レーザ分断装置ＬＣ１の全体構成について説明する。
水平な架台１上に平行に配置された一対のガイドレール３、４に沿って、図１の紙面前後方向（以下Ｙ方向という）に往復移動するスライドテーブル２が設けられている。両ガイドレール３，４の間に、スクリューネジ５が前後方向に沿って配置され、このスクリューネジ５に、前記スライドテーブル２に固定されたステー６が螺合されており、スクリューネジ５をモータ（図示外）によって正、逆転することにより、スライドテーブル２がガイドレール３，４に沿ってＹ方向に往復移動するように形成されている。

スライドテーブル２上に、水平な台座７がガイドレール８に沿って、図１の左右方向（以下Ｘ方向という）に往復移動するように配置されている。台座７に固定されたステー１０に、モータ９によって回転するスクリューネジ１０ａが貫通螺合されており、スクリューネジ１０ａが正、逆転することにより、台座７がガイドレール８に沿って、Ｘ方向に往復移動する。

台座７上には、回転機構１１によって回転する回転テーブル１２が設けられており、この回転テーブル１２に、切断対象の脆性材料基板であるガラス基板Ｇが水平な状態で取り付けられる。回転機構１１は、回転テーブル１２を、垂直な軸の周りで回転させるようになっており、基準位置に対して任意の回転角度になるように回転できるように形成されている。ガラス基板Ｇは、例えば吸引チャックによって回転テーブル１２に固定される。

回転テーブル１２の上方には、レーザ発振器１３と光路調整機構１４とが取付フレーム１５に保持されている。光路調整機構１４は、レーザ発振器１３から出射するレーザ光の光路を調整するための光路調整素子群１４ａ（メニスカスレンズ３１、反射ミラー３２、ポリゴンミラー３３）と、光路調整素子群１４ａの位置を移動するモータ群１４ｂ（モータ３４〜３６）と、光路調整素子群１４ａとモータ群１４ｂとを連結するアーム群１４ｃ（アーム３７〜３９）とからなる。メニスカスレンズレンズ３１はアーム３７を介して昇降モータ３４に接続され上下方向の位置が調整できるようにしてある。また、反射ミラー３２はアーム３８を介して昇降モータ３５に接続され上下方向の位置が調整できるようにしてある。また、ポリゴンミラー３３はアーム３９を介して昇降モータ３６に接続され上下方向の位置が調整できるようにしてある。

レーザ発振器１３から出射されたレーザビームは、これらの光路調整素子群１４ａを通過することによって、所望の断面形状を有するビーム束が形成され、基板Ｇの上にビームスポットとして照射される。本実施形態では円形のレーザビームが出射され、メニスカスレンズ３１でビーム径が調整され、ポリゴンミラー３３で走査されることにより、実質的に楕円形状のレーザスポットＬＳ（図２）がガラス基板Ｇ上に形成される。そして光路調整素子群１４ａを調整することにより、１回目レーザ照射（レーザスクライブ工程）の際に用いる第１ビームスポット、２回目レーザ照射（レーザブレイク工程）の際に用いる第２ビームスポットスポットを切り換えるようにする。

なお、調整の際に、反射ミラー３２とポリゴンミラー３３とを独立に調整することで、細かい調整が可能になるが、その反面、調整作業が複雑になる。そのため、反射ミラー３２とポリゴンミラー３３とを一体に移動するようにして調整作業を簡素化するようにしてもよい。具体的には、反射ミラー３２とポリゴンミラー３３とを連動させて移動することで基板Ｇとポリゴンミラー３３との間の距離調整を行い、メニスカスレンズ３１を移動してメニスカスレンズ３１とポリゴンミラー３３との距離調整を行うようにしてもよい。

取付フレーム１５には、光路調整機構１４に近接して、冷却ノズル１６が設けられている。この冷却ノズル１６からは、冷却水、Ｈeガス、炭酸ガス等の冷却媒体がガラス基板Ｇに噴射されるようにしてある。冷却媒体は、ガラス基板Ｇに照射された楕円形状のレーザスポットＬＳの近傍に吹き付けられて、ガラス基板Ｇの表面に冷却スポットＣＳ（図２）を形成する。

取付フレーム１５には、カッターホイール１８が、上下移動調節機構１７を介して取り付けられている。このカッターホイール１８は、焼結ダイヤモンドまたは超硬合金を材料とし、外周面に頂点を刃先とするＶ字形の稜線部を備えたものであって、ガラス基板Ｇへの圧接力が上下移動調節機構１７によって微細に調整できるようになっている。カッターホイール１８は、専ら、ガラス基板Ｇの端縁に初期亀裂ＴＲ（図２）を形成するときに、台座７をＸ方向に移動しつつ一時的に下降するようにして用いる。

また、取付フレーム１５の上方に、一対のカメラ２０、２１が固定してあり、基板Ｇに刻印してある位置決め用マーカを映し出すことができるようにしてある。

続いて、図２に基づいて制御系を説明する。レーザ分断装置ＬＣ１は、メモリに記憶された制御パラメータおよびプログラム（ソフトウェア）とＣＰＵとにより、各種処理を実行する制御部５０を備えている。この制御部５０は、スライドテーブル２、台座７、回転テーブル１２の位置決めや移動を行うためのモータ（モータ９等）を駆動するテーブル駆動部５１、レーザ照射を行うレーザ駆動部５２（レーザ発振器１３を駆動するレーザ光源駆動部５２ａ、光路調整素子群１４ａ用のモータ群１４ｂを駆動する光路調整機構駆動部５２ｂを含む）、冷却ノズル１６による冷媒噴射を制御する開閉弁（不図示）を駆動するノズル駆動部５３、カッターホイール１８および上下移動調節機構１７によりガラス基板Ｇに初期亀裂を形成するカッター駆動部５４、カメラ２０、２１により基板Ｇに刻印してある位置決め用マーカを映し出すカメラ駆動部５５の各駆動系を制御する。また、制御部５０は、キーボード、マウスなどからなる入力部５６、および、表示画面上に各種表示を行う表示部５７が接続され、必要な情報が画面に表示されるとともに、必要な指令や設定が入力できるようにしてある。

また、制御部５０は、テーブル駆動部５１、レーザ駆動部５２（レーザ光源駆動部５２ａ、光路調整機構駆動部５２ｂ）、ノズル駆動部５３、カッター駆動部５４を総合的に駆動してガラス基板Ｇの加工を行う加工制御部５８を備えており、この加工制御部５８により、１回目レーザ照射、冷却、２回目レーザ照射の手順によるレーザ加工が実行される。
具体的には、加工制御部５８が、まずカッター駆動部５４とテーブル駆動部５１とを制御して、カッターホイール１８を下降した状態で基板Ｇを移動し、これにより初期亀裂ＴＲを形成する処理が行われる。続いてテーブル駆動部５１、レーザ駆動部５２、ノズル駆動部５３を制御して、レーザビーム（第１ビームスポット）を照射するとともに冷媒を噴射した状態で基板Ｇを移動する。これにより１回目レーザ照射および冷却を行い、基板に有限深さのクラックからなるスクライブラインを形成する処理が行われる。続いてテーブル駆動部５１、レーザ駆動部５２を制御して、レーザビーム（第２ビームスポット）を照射した状態で基板Ｇを移動する。これにより２回目レーザ照射を行い、クラックを浸透させる処理（あるいは完全分断させる処理）が行われる。

（光路調整動作）
次に、加工制御部５８が光路調整機構１４（光路調整素子群１４ａ、モータ群１４ｂ、アーム群１４ｃ）を制御することにより行われる光路調整について説明する。
図３は光路調整機構１４の動作例を示す図であり、具体的には、メニスカスレンズ３１の上下移動により、ポリゴンミラー３３のミラー面に照射するビーム径を変化させて、基板Ｇに照射されるビームスポットのエネルギー分布を変化させる動作を説明する図である。

レーザ光源１３から出射される円形断面のレーザビームＬＢ０の進行方向は鉛直下方に向けてあり、レーザビームＬＢ０はメニスカスレンズ３１に入射する。メニスカスレンズ３１を通過したレーザビームＬＢ１は集光されながらさらに鉛直方向に進行し、反射ミラー３２に入射する。このとき反射ミラー３２の反射面に４５度の入射角度で入射するとともに、４５度の反射角度で出射するように反射ミラー３２の取付角度が調整してあり、反射ミラー３２で反射したレーザビームＬＢ２は、水平方向に進行する。

水平方向に進行するレーザビームＬＢ２は回転中のポリゴンミラー３３に入射する。このとき、メニスカスレンズ３１とポリゴンミラー３３との間の距離に応じて、ポリゴンミラーのミラー面に照射されるビーム径が変化するようになる。

図４〜図６はポリゴンミラー３３のミラー面に照射されるビーム径が比較的大きい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図である。
この状態のビーム径は、メニスカスレンズ３１を反射ミラー３２に近づけ、メニスカスレンズ３１の焦点がポリゴンミラー３３のミラー面よりも基板Ｇ側になるように調整したときに実現される。そしてこの状態のビーム径は、レーザスクライブ工程の際に用いられる。

図４（ａ）において、時計方向に回転中のポリゴンミラー３３における２つのミラー面Ｍ０とＭ１に注目する。ミラー面Ｍ０は、直前までレーザビームＬＢ２が照射されていたミラー面である。回転が進み、レーザビームＬＢ２のミラー面Ｍ０への照射がまもなく終了する時点になると、ミラー面Ｍ０の終端と次のミラー面Ｍ１の始端とにレーザビームＬＢ２が分割されて同時に照射されるようになる。図４（ｃ）はミラー面Ｍ０に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状を示す図である。また、図４（ｄ）はミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状を示す図である。
分割されたレーザビームの断面の面積比に応じて、ミラー面Ｍ０、Ｍ１に照射されるレーザビームのエネルギーが分配されるようになる。このときミラー面Ｍ０側で反射されたレーザビームＬＢ３ａはガラス基板ＧのビームスポットＬＳ１の位置の左端部分を照射するようになり、この部分にエネルギーを与える。一方、ミラー面Ｍ１側で反射されたレーザビームＬＢ３ｂはビームスポットＬＳ１の位置の右端部分を照射するようになり、この部分にエネルギーを与える。

図４（ｂ）は基板ＧのビームスポットＬＳ１の位置に照射されるエネルギー分布である。すなわち、レーザビームＬＢ３ａ、ＬＢ３ｂに分割されて照射されるため、基板Ｇに与えられるエネルギーも２つに分割され、ビームスポットＬＳ１の両端はそれぞれ分割比に対応したエネルギーで加熱されることになる。

図５（ａ）はさらに回転が進み、ミラー面Ｍ１の中央部分にレーザビームＬＢ２が照射されるようになった状態である。この時点では、１つのミラー面Ｍ１だけに円形断面のレーザビームＬＢ２が照射されるようになる。図５（ｃ）はミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状を示す図である。レーザビームＬＢ２が有する円形断面のビームがそのまま照射されている。このときミラー面Ｍ１で反射されたレーザビームＬＢ３ｃはビームスポットＬＳ１の位置の中央を照射し、この部分に全エネルギーを与える。

図５（ｂ）は基板ＧのビームスポットＬＳ１の位置に照射されるエネルギー分布である。ビームスポットＬＳ１の位置の中央部分にエネルギーが与えられ、この部分が集中的に加熱される。

図６はさらに回転が進み、ミラー面Ｍ１の終端と次のミラー面Ｍ２の始端とにレーザビームＬＢ２が分割されて同時に照射された状態である。図６（ｃ）はミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状を示す図である。また、図６（ｄ）はミラー面Ｍ２に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状を示す図である。
図４のときと同様に、分割されたレーザビームの断面の面積比に応じて、ミラー面Ｍ１、Ｍ２に照射されるレーザビームのエネルギーが分配されるようになる。このときミラー面Ｍ１側で反射されたレーザビームＬＢ３ｄはガラス基板ＧのビームスポットＬＳ１の位置の左端部分を照射し、この部分にエネルギーを与える。ミラー面Ｍ２側で反射されたレーザビームＬＢ３ｅはビームスポットＬＳ１の位置の右端部分を照射するようになり、この部分にエネルギーを与える。

図６（ｂ）は基板ＧのビームスポットＬＳ１の位置に照射されるエネルギー分布である。基板Ｇに照射されるエネルギーは２つに分配され、ビームスポットＬＳ１の両端はそれぞれ分割比に対応したエネルギーで加熱されることになる。

そして、高速回転するポリゴンミラー３３によって図４から図６までのレーザ照射が繰り返されることにより、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）で示したエネルギー分布が足し合わされたエネルギー分布を有するビームスポットＬＳ１が形成されるようになる。

図７は高速回転するミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状の経時変化とミラー面Ｍ１によってガラス基板Ｇに照射されるビームスポットＬＳ１のエネルギー分布との関係を示す図である。
図７（ａ）に示すように、ミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面は、回転が進むにつれて変化する。
すなわち、ミラー面Ｍ１の始端（ミラー面Ｍ０との境界）がレーザビームＬＢ２の照射範囲を通過する期間には、ミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状は、円形断面の一部が欠けた形状であり、この間は断面積が次第に増加する。その後は、ミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状は、円形断面となり、ミラー面Ｍ１の終端（ミラー面Ｍ２との境界）がレーザビームＬＢ２の照射範囲に入るまでは円形断面が続く。そしてミラー面Ｍ１の終端が、レーザビームＬＢ２の照射範囲を通過する期間には、ミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状は、再び円形断面の一部が欠けた断面形状となり、断面積が次第に減少する。

このような断面積の変化に対応して、ミラー面Ｍ１により基板Ｇ上に形成されるビームスポットＬＳ１のエネルギー分布が変化する。エネルギー分布を図７（ｂ）に示す。ビームスポットＬＳ１のエネルギー分布は、中央部のエネルギーが均一であり（トップハット型）、その両端がなだらかに変化するエネルギー分布となる。両端のなだらかな部分の幅は、レーザビームＬＢ２の照射範囲をミラー面Ｍ１の始端または終端が通過する期間に、ミラー面Ｍ１によって反射されたレーザビームが基板Ｇ上に照射された範囲に相当する。したがって、レーザビームＬＢ２のビーム径が大きくなるにつれてビームスポットＬＳ１の両端のエネルギー分布がなだらかに変化する部分の幅が広くなる。そして回転するポリゴンミラー３３の各ミラー面によって、図７（ｂ）のエネルギー分布を有する照射が繰り返される。

次に、ミラー面に照射されるビーム径が小さい場合について説明する。図８〜図１０はミラー面に照射されるレーザビームＬＢ２のビーム径が比較的小さい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図である。
この状態のビーム径は、メニスカスレンズ３１の焦点がポリゴンミラー３３のミラー面Ｍ１の近傍にくるようにメニスカスレンズ３１の位置を調整したときに実現される。そしてこの状態のビーム径はレーザブレイク工程の際に用いられる。

図８（ａ）において、図４（ａ）と同様に、時計方向に回転中のポリゴンミラー３３における２つのミラー面Ｍ０とＭ１に注目する。ミラー面Ｍ０は、直前までレーザビームＬＢ２が照射されていたミラー面である。回転が進み、レーザビームＬＢ２のミラー面Ｍ０への照射がまもなく終了する時点になると、ミラー面Ｍ０の終端と次のミラー面Ｍ１の始端とにレーザビームＬＢ２が分割されて同時に照射されるようになる。図８（ｃ）はミラー面Ｍ０に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状を示す図である。また、図８（ｄ）はミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状である。ビーム径が小さいために、２つのミラー面Ｍ０、Ｍ１が同時に照射される範囲（始端、終端からビーム径までの範囲）は、図４の場合に比べて狭くなる。

ミラー面Ｍ０、Ｍ１に照射されるレーザビームのエネルギーは、図４と同様に、分割されたビームの面積比に応じて分配されるようになる。このときミラー面Ｍ０側で反射されたレーザビームＬＢ３ａはガラス基板ＧのビームスポットＬＳ１の位置の左端部分を照射し、この部分にエネルギーを与える。一方、ミラー面Ｍ１側で反射されたレーザビームＬＢ３ｂはビームスポットＬＳ１の位置の右端部分を照射し、この部分にエネルギーを与える。

図８（ｂ）は基板ＧのビームスポットＬＳ１の位置に照射されるエネルギー分布である。すなわち、レーザビームＬＢ３ａ、ＬＢ３ｂに分割されて照射されるため、基板Ｇに照射されるエネルギーも２つに分配され、ビームスポットＬＳ１の両端はそれぞれ分割比に対応したエネルギーで加熱されることになる。

図９（ａ）はさらに回転が進み、ミラー面Ｍ１の中央部分にレーザビームＬＢ２が照射されるようになった状態である。
この時点では、１つのミラー面Ｍ１だけに円形断面のレーザビームＬＢ２が照射されるようになる。図９（ｃ）はミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状を示す図である。レーザビームＬＢ２が有する円形断面のビームがそのまま照射されている。このときミラー面Ｍ１で反射されたレーザビームＬＢ３ｃはビームスポットＬＳ１の位置の中央を照射し、この部分に全エネルギーを与える。

図９（ｂ）は、このとき基板ＧのビームスポットＬＳ１の位置に照射されるエネルギー分布である。ビームスポットＬＳ１の位置の中央部分にエネルギーが与えられ、この部分が集中的に加熱される。

図１０はさらに回転が進み、ミラー面Ｍ１の終端と次のミラー面Ｍ２の始端とにレーザビームＬＢ２が分割されて同時に照射された状態である。図１０（ｃ）はミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状を示す図である。また、図１０（ｄ）はミラー面Ｍ２に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状を示す図である。
図６と同様に、分割されたレーザビームの断面の面積比に応じて、ミラー面Ｍ１、Ｍ２に照射されるレーザビームのエネルギーが分配されるようになる。このときミラー面Ｍ１側で反射されたレーザビームＬＢ３ｄはガラス基板ＧのビームスポットＬＳ１の位置の左端部分を照射し、この部分にエネルギーを与える。ミラー面Ｍ２側で反射されたレーザビームＬＢ３ｅはビームスポットＬＳ１の位置の右端部分を照射するようになり、この部分にエネルギーを与える。

図１０（ｂ）はこのとき基板ＧのビームスポットＬＳ１の位置に照射されるエネルギー分布である。基板Ｇに照射されるエネルギーは２つに分配され、ビームスポットＬＳ１の両端はそれぞれ分割比に対応したエネルギーで加熱されることになる。

そして、高速回転するポリゴンミラー３３によって図８から図１０までのレーザ照射が繰り返されることにより、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）で示したエネルギー分布が足し合わされたエネルギー分布を有するビームスポットＬＳ１が形成されるようになる。

図１１は高速回転するミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面形状の経時変化とミラー面Ｍ１によってガラス基板Ｇに照射されるビームスポットＬＳ１のエネルギー分布との関係を示す図である。

ミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２のビーム径が小さいため、図１１（ａ）に示すように、図７（ａ）で示したビーム径が大きい場合に比べて照射される断面積が全体的に小さくなるが、エネルギー密度は高くなっている。さらに、図１１（ａ）に示すように、ミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面は回転が進むにつれて変化する。すなわち、図７（ａ）と同様に、ミラー面Ｍ１の始端（ミラー面Ｍ０との境界）がレーザビームＬＢ２の照射範囲を通過する期間、および、ミラー面Ｍ１の終端（ミラー面Ｍ２との境界）がレーザビームＬＢ２の照射範囲を通過する期間については、ミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面は、円形断面の一部が欠けた断面形状になり、この範囲内で断面積が増大または減少する。その間の、レーザビームＬＢ２の照射範囲全体がミラー面Ｍ１に照射される期間については、ミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面は、円形断面となる。

レーザビームＬＢ２のビーム径が小さいため、ミラー面Ｍ１の始端近傍および終端近傍でミラー面Ｍ１に照射されるレーザビームＬＢ２の断面積が変化する範囲の幅は、図７（ａ）に比べると狭くなり、断面積が急激に増減する。この断面積の変化に対応して、ミラー面Ｍ１により基板Ｇ上に形成されるビームスポットＬＳ１のエネルギー分布が変化する。このときのビームスポットＬＳ１のエネルギー分布を図１１（ｂ）に示す。なお、比較のため、ビーム径が小さい場合のエネルギー分布を実線で示すとともに、ビーム径が大きい場合のエネルギー分布（図７（ｂ）のエネルギー分布）を一点鎖線で示しておく。
照射されるレーザビームＬＢ２のビーム径が小さくなるほど、ビームスポットＬＳ１のエネルギー分布は、エネルギーが変化する両端の領域が短くなり、ビームスポットＬＳ１全体の長さが短くなるとともに、エネルギーが均一な中央部の領域が長いトップハット型のエネルギー分布になる。

そして回転するポリゴンミラー３３の各ミラー面によって、ミラー面Ｍ１と同様のエネルギー分布を有するビームスポットＬＳ１で照射が繰り返される。

このようにして、メニスカスレンズ３１の高さ調整だけでビームスポットのエネルギー分布の調整を行うことができる。

なお、メニスカスレンズ３１の高さを変えることにより、基板Ｇに照射されるビームスポットのエネルギー分布を調整することができるが、その際に、ビームスポット全体の長さも変化することになる。
そのため、工程ごとでビームスポットの長軸長さを変化させたくない場合や、逆に、レーザブレイク工程において長軸の長さをさらに短く調整したい場合には、メニスカスレンズ３１とポリゴンミラー３３との距離を調整すると同時に、ポリゴンミラー３３、反射ミラー３２とを一体で移動し、基板Ｇとの距離を調整するようにして、長軸長さも調整するようにする。
これにより、所望のビームスポット形状で、かつ、所望のエネルギー分布でもって加熱を行うようにする。

レーザブレイク工程の際には、エネルギーが均一な中央部の領域が長いトップハット型のエネルギー分布を有するビームスポットを照射することにより短時間でより大きい入熱量を与えるようにする。
図１２は、本発明の加工方法によってレーザブレイク工程の際に形成しようとする応力勾配を模式的に示した断面図である。ビームスポットをトップハット型のエネルギー分布にして基板表層から短時間に集中して加熱し、加熱領域Ｈを形成する。すると、基板表層に大きな圧縮応力ＨＲが形成され、その影響を受けて基板内部には、反対に引張応力ＣＲが発生する。基板内部に直前のレーザスクライブ工程により生じたクラックＣｒが存在すると、引張応力はクラックＣｒの先端に集中するようになり、その結果、クラックＣｒは、さらに深く浸透するようになる。また、クラックＣｒが裏面まで達することにより完全分断されるようになる。

（加工手順）
次に、加工装置ＬＣ１を用いて基板Ｇを分断する際の加工手順について説明する。図１３は加工手順のフローチャートである。
まず、基板Ｇを回転テーブル１２の上に載置し、吸引チャックによって固定する。回転テーブル１２をカメラ２０、２１の下に移動し、カメラ２０、２１によってガラス基板Ａに刻印されてあるアライメントマーク（不図示）が検出する。その検出結果に基づいて、スクライブ予定ラインと、回転テーブル１２、スライドテーブル２、台座７との位置の関係付けを記憶する。そして回転テーブル１２およびスライドテーブル２を作動し、カッターホイール１８の刃先方向がスクライブ予定ラインの方向に並ぶようにするとともに、初期亀裂を形成する位置の近傍に刃先がくるようにする（Ｓ１０１）。このときの位置を加工開始位置として記憶する。

続いて、昇降機構１７を作動してカッターホイール１８を下降する。
回転テーブル１２（台座７）を移動して基板端カッターホイール１８を圧接する。これにより初期亀裂ＴＲを形成する。初期亀裂ＴＲが形成されると、昇降機構１７を作動してカッターホイール１８を上昇する（Ｓ１０２）。

続いて、基板Ｇを加工開始位置に戻し、レーザ装置１３を作動して第一回目のレーザビームを照射する。このときメニスカスレンズ３１の位置を調整し、ポリゴンミラー３１のミラー面に比較的大きなビーム径（図４〜図７参照）で入射する。これにより、基板Ｇに形成されるビームスポットのエネルギー分布がなだらかに立ち上がる状態のエネルギー分布にする。また、冷却ノズル１６から冷媒を噴射する。この状態で、回転テーブル１２（台座７）を移動して、スクライブ予定ラインに沿ってビームスポットおよび冷却スポットを走査することにより、スクライブラインを形成する（Ｓ１０３）。

続いて、基板Ｇを加工開始位置に戻し、第二回目のレーザビームを照射する。このときメニスカスレンズ３１の位置を、第一回目の照射時よりも反射ミラー３２から遠ざけ、ポリゴンミラー３３のミラー面に入射するビーム径を小さく絞る（図８〜図１１参照）。これにより、基板Ｇに形成されるビームスポットのエネルギー分布が急峻に立ち上がり、第一回目よりトップハット型のエネルギー分布にする。冷却ノズル１６は噴射を続けてもよいが、必ず必要ということではないので、ここでは停止する。この状態で、回転テーブル１２（台座７）を移動して、前回の走査で形成したスクライブラインに沿って、トップハット型のエネルギー分布を有するビームスポットを走査する。これにより、スクライブラインを形成しているクラックが深く浸透し、基板裏面に達すると完全分断される（Ｓ１０４）。
このようにして形成されたスクライブラインは、非常に優れた加工断面であり、端面強度も強くなる。

本発明は、ガラス基板等の脆性材料基板に対し、深いスクライブラインを形成したり、完全分断したりする加工に利用することができる。

本発明の基板加工方法を実施する際に用いられる基板加工装置の一例の概略構成図。 図１の基板加工装置の制御系を示すブロック図。 光路調整機構１４の動作例を示す図。 ビーム径が大きい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の始端近傍に照射される場合）。 ビーム径が大きい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の中央に照射される場合）。 ビーム径が大きい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の終端近傍に照射される場合）。 ビーム径が大きい場合において、高速回転するミラー面に照射されるレーザビームの断面形状の経時変化と、ミラー面によってガラス基板Ｇに照射されるビームスポットのエネルギー分布との関係を示す図。 ビーム径が小さい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の始端近傍に照射される場合）。 ビーム径が小さい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の中央に照射される場合）。 ビーム径が小さい場合のポリゴンミラーの回転角度とレーザビームの光路およびビームスポットとの関係を示す図（１つのミラー面の終端近傍に照射される場合）。 ビーム径が小さい場合において、高速回転するミラー面に照射されるレーザビームの断面形状の経時変化と、ミラー面によってガラス基板Ｇに照射されるビームスポットのエネルギー分布との関係を示す図。 レーザブレイク工程の際に形成しようとする応力勾配を模式的に示した断面図。 本発明の基板加工方法による加工手順のフローチャート。 有限深さのクラックが形成されるメカニズムを模式的に示した断面図。 フルカットラインが形成されるメカニズムを模式的に示した斜視図および平面図。 基板端で生じる先走り現象を示す図。

スライドテーブル２上に、水平な台座７がガイドレール８に沿って、図１の左右方向（以下Ｘ方向という）に往復移動するように配置されている。台座７に固定されたステー１０ａに、モーター９によって回転するスクリューネジ１０が貫通螺合されており、スクリューネジ１０が正、逆転することにより、台座７がガイドレール８に沿って、Ｘ方向に往復移動する。

回転テーブル１２の上方には、レーザ発振器１３と光路調整機構１４とが取付フレーム１５に保持されている。光路調整機構１４は、レーザ発振器１３から出射するレーザ光の光路を調整するための光路調整素子群１４ａ（メニスカスレンズ３１、反射ミラー３２、ポリゴンミラー３３）と、光路調整素子群１４ａの位置を移動するモータ群１４ｂ（モータ３４〜３６）と、光路調整素子群１４ａとモータ群１４ｂとを連結するアーム群１４ｃ（アーム３７〜３９）とからなる。メニスカスレンズ３１はアーム３７を介して昇降モータ３４に接続され上下方向の位置が調整できるようにしてある。また、反射ミラー３２はアーム３８を介して昇降モータ３５に接続され上下方向の位置が調整できるようにしてある。また、ポリゴンミラー３３はアーム３９を介して昇降モータ３６に接続され上下方向の位置が調整できるようにしてある。

レーザ発振器１３から出射されたレーザビームは、これらの光路調整素子群１４ａを通過することによって、所望の断面形状を有するビーム束が形成され、基板Ｇの上にビームスポットとして照射される。本実施形態では円形のレーザビームが出射され、メニスカスレンズ３１でビーム径が調整され、ポリゴンミラー３３で走査されることにより、実質的に楕円形状のレーザスポットＬＳ（図２）がガラス基板Ｇ上に形成される。そして光路調整素子群１４ａを調整することにより、１回目レーザ照射（レーザスクライブ工程）の際に用いる第１ビームスポット、２回目レーザ照射（レーザブレイク工程）の際に用いる第２ビームスポットを切り換えるようにする。

（加工手順）
次に、加工装置ＬＣ１を用いて基板Ｇを分断する際の加工手順について説明する。図１３は加工手順のフローチャートである。
まず、基板Ｇを回転テーブル１２の上に載置し、吸引チャックによって固定する。回転テーブル１２をカメラ２０、２１の下に移動し、カメラ２０、２１によってガラス基板Ａに刻印されてあるアライメントマーク（不図示）を検出する。その検出結果に基づいて、スクライブ予定ラインと、回転テーブル１２、スライドテーブル２、台座７との位置の関係付けを記憶する。そして回転テーブル１２およびスライドテーブル２を作動し、カッターホイール１８の刃先方向がスクライブ予定ラインの方向に並ぶようにするとともに、初期亀裂を形成する位置の近傍に刃先がくるようにする（Ｓ１０１）。このときの位置を加工開始位置として記憶する。

Claims (4)

1. レーザ光源から出射されるレーザビームを、高速回転するポリゴンミラーで繰り返し反射して脆性材料基板にビームスポットが形成されるようにし、前記基板に設定したスクライブ予定ラインに沿って前記ビームスポットを相対移動することにより前記基板を加工する脆性材料基板の加工方法であって、
   第一回目のレーザ照射による第一ビームスポットをスクライブ予定ラインに沿って相対移動させて前記基板を加熱するとともに、第一ビームスポットが通過した直後の部位を冷却することにより、深さ方向に変化する応力勾配を発生して有限深さのスクライブラインを形成するレーザスクライブ工程と、
   第二回目のレーザ照射による第二ビームスポットを前記スクライブラインに沿って相対移動させ、前記スクライブラインをさらに深く浸透、または、完全分断させるレーザブレイク工程とからなり、
   レーザブレイク工程の際にポリゴンミラーに入射するレーザビーム径が、レーザスクライブ工程の際に入射するレーザビーム径よりも小さくなるように調整して照射する脆性材料基板の加工方法。
2. レーザ光源とポリゴンミラーとの間のレーザビームの光路上に設けられた集光光学素子の位置を変更してポリゴンミラーに入射するレーザビーム径を調整する請求項１に記載の脆性材料基板の加工方法。
3. レーザブレイク工程の際に、前記集光光学素子の焦点位置近傍にポリゴンミラーを近づけるように調整する請求項２に記載の脆性材料基板の加工方法。
4. 集光光学素子の位置とともに、ポリゴンミラーと基板との間の距離を同時に調整する請求項２または請求項３のいずれかに記載の脆性材料基板の加工方法。

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